一种基于联盟博弈的能量采集小基站资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于联盟博弈的能量采集小基站资源分配方法。首先构建了能量采集小基站的模型，邻近的小基站之间采用传输线连接以进行信息交换和能量传递。然后将小基站的能量共享以及时间分配问题建立为非重叠的联盟博弈，其中具有能量采集能力的小基站作为博弈的参与者，策略为加入的联盟，每个小基站的效用函数定义为小基站在加入联盟中所分得的时间内传输信息的频谱效率，而每个联盟的效用为加入联盟的小基站效用之和。本方案可通过传输线交换信息和共享能量；加入同一联盟内的小基站共享传输时间以及采集的能量，满足转移条件的小基站可以在联盟之间转移，以提高自身和联盟总的效益，实现系统效用最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于联盟博弈的能量采集小基站资源分配方法
本专利技术属于通信
，涉及一种基于联盟博弈的能量采集小基站资源分配方法。
技术介绍
无线通信系统由于其能为移动设备提供通信服务，特别能适应地形比较难以铺设线路的场景。一方面，为了能够绿色节能地实现为移动用户提供服务的目标，能量采集基站一直是通信领域热门的研究点。另一方面，随着5G时代的到来，为了能够实现全方位覆盖，密集小基站组网也是值得投入经精力的领域。由于频谱资源的稀缺性，在密集小基站网络中都会采用频谱复用技术，这种方法带来的问题是造成了小基站之间的干扰，可以采用优化算法加以控制。在小基站网络中，由于能使用低功率为用户提供接入服务，因此非常适合与能量采集技术相结合，使用采集的自然能量(如太阳能、风能等)为用户提供服务，同时采用优化算法优化资源分配以提高系统性能。在现有的小基站优化算法中，比较常见的使用博弈论非合作式地优化自身的发射功率、信道分配等资源，这种方法站在个体角度考虑自身效益优化资源，提高个人收益。目前比较热门的研究算法是合作式的博弈算法，例如联盟博弈，不仅考虑个人效益，还同时考虑集体的效益，增加系统的性能，能够有效利用频谱等资源。因此对于能量采集小基站网络下行场景，本专利技术将能量采集技术与小基站相结合，建立能量可转移的小基站场景，在一定范围内的小基站可以通过传输线交换信息和共享能量。同时，考虑采用联盟博弈对小基站传输的时间以及功率进行优化，加入同一联盟内的小基站共享传输时间以及采集的能量，满足转移条件的小基站可以在联盟之间转移，以提高自身和联盟总的效益，实现系统效用最大化。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是给出一种能量采集小基站网络中能够利用采集能量提供服务，通过联盟博弈算法减少同层干扰进而提高吞吐量，保证系统总容量的资源分配方法。技术方案：本专利技术的基于联盟博弈的能量采集小基站网络资源分配方法，包括以下步骤：1)联盟结构初始化1.1)定义模型中小基站集合为{SC}＝{1,2,...,N}，小基站用户集合为{SUE1,SUE2,...,SUEN}，小基站传输线设立的范围距离门限是dth，相互距离在门限以内的小基站之间可以通过传输线通信以及能量交互，模型中设所有小基站共用同一信道，彼此间产生干扰，小基站的时隙长度为T；1.2)初始时每个小基站都各自形成一个联盟，联盟内只有该小基站一个成员，联盟结构为{CS}0＝{S1,S2,S3,...,SN}，小基站i将上个时隙采集到的能量Ei作为该时隙能使用的能量，能量在整个时隙上均匀使用，计算出小基站功率为Pi＝Ei/T，根据采集到的信道信息，带入公式和可以得到小基站i的频谱效率其中，Sk为小基站SBSi所属的联盟，Pi为小基站SBSi的发射功率，Gi,i为小基站SBSi到其所服务的用户SUEi的信道增益，为与小基站SBSi不同联盟的小基站SBSj对用户SUEi产生的同信道干扰，No为噪声功率谱密度，B代表的是信道的带宽，因此No*B为噪声功率，小基站在联盟Sk中分得的传输时间为在这里小基站i占用全部传输时间，因此1.3)联盟结构初始化完成；2)联盟博弈算法调整联盟结构2.1)初始联盟结构{CS}0＝{S1,S2,S3,...,SN}，能量采共享策略时间共享策略为{ΓCS}0＝{Γcs1,Γcs2,...,ΓcsN}＝{{T},{T},...,{T}}，根据公式：v(Sk,CS,ΓCS,ECS)＝xi(Sk,CS,ΓCS,ECS)分别计算初始联盟的小基站个人效用各联盟效用以及该联盟结构总效用同时初始化历史选择集合{Hi(t)}i∈N，记录用户对各联盟的选择，令t＝1，2.2)小基站i所属联盟设为Sk，该小基站依次向联盟集合申请接入，其中{Sj'}＝{Sj}∪i，根据时间以及能量共享均分的原则，该联盟内小基站的发射功率以及传输时间可调整为和根据个人效用、联盟效用，以及联盟总效用的公式求得小基站i加入后的三种效用{xi}t、2.3)检查效用是否满足：(1)(2)(3)(4)若满足前三项要求，则检查Hi(t)是否与{Hi(1),Hi(2),...,Hi(t)}其中某一个有相同数值，即检查本次选择的联盟是否曾经接入并离开过，若无相同数值，则不曾加入过该联盟，记Hi(t+1)＝Sj，联盟结构为否则本次申请被拒绝，联盟结构还原为算法跳到步骤2.2向下一个联盟执行；2.4)执行步骤2.3后，当对每一个小基站向每一个可以申请的联盟都尝试接入后，令检查此时的联盟{CS}t是否与{CS}t-1相同；如果不相同，t＝t+1，算法跳至2.2继续执行，如果相同，则本联盟博弈算法结束，最终联盟结构为{CS}t，根据相应的能量共享策略{ECS}t和时间共享策略{ΓCS}t，小基站调整发射功率。本专利技术基于采集能量可转移小基站网络的单层网络场景，对小基站网络的传输时间以及传输能量做出合理安排。首先建立能量采集小基站下行网络场景，在一定范围内小基站可以采用传输线进行通信和能量传输，后面说明的优化算法也只在该范围内进行。本专利技术方法利用合作博弈理论建非重叠合作博弈模型，博弈的参与者为小基站，策略为联盟结构中的联盟集合，效用函数定义为小基站在联盟中的频谱效率。加入联盟后，联盟内小基站可以通过平分传输时间和传输能量获得时间共享策略和能量共享策略。小基站通过联盟博弈加入使个人效益、联盟效益以及联盟总效益增加的联盟，即考虑了个人的服务能力，也同时增加了整个小基站网络的容量。有益效果本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、将时兴的能量采集技术与小基站网络结合，考虑采集的能量为用户提供服务，绿色节能，建立起采集能量可转移的小基站模型，并将小基站的资源分配问题构建为一个以优化小基站网络总频谱效率的优化问题。2、不同于常用于无线网络资源分配的非合作博弈模型，本专利技术采用合作博弈模型优化小将小基站网络划分为多个联盟，统一联盟内的小基站共享传输时间和传输能量。为了保证小基站在各联盟之间转移时效益增加，还设立了转移条件和历史转移集合，只有在满足条件的基础上才能进行转移。联盟博弈考虑了个人和集体的效用，因此有效提高网络整体的效益。附图说明图1为能量采集小基站网络下行模型图。图2为本专利技术方法的流程示意图。图3、图4、图5，图6为能量采集小基站网络中小基站和系统的频谱效率的仿真结果图。具体实施方式下面结合实例和说明书附图1、2对专利技术的技术方案进行详细说明：本专利技术利用联盟博弈对能量采集小基站网络中各小基站传输的时间资源和能量资源进行优化：首先建立能量采集小基站下行网络模型，根据设定的小基站通信距离得出每个小基站可通信的小基站集合，联盟内小基站之间的距离要小于通信距离，因此联盟内的小基站应该在可通信的小基站集合内；利用合作博弈中的非重叠联盟博弈算法将小基站网络划分为多个联盟，联盟内小基站共享传输时间和传输能量。为了能够实现小基站在联盟之间转移时个人及系统效用不受损失，博弈还建立了转移准则，只有在满足准则的条件下，小基站才能脱离当前的联盟，进入选择的联盟中；此外，由于小基站能量在转移前后产生变化，有可能出现小基站在两个联盟之间循环的情况，为了解决这种情况本专利技术设立了历史转移集合以记录曾经加入过的基站防止重复接入同一联盟。本专利技术研究的能量采集小基站网络下行场景如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于联盟博弈的能量采集小基站资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：1)联盟结构初始化1.1)定义模型中小基站集合为{SC}＝{1,2,...,N}，小基站用户集合为{SUE1,SUE2,...,SUEN}，小基站传输线设立的范围距离门限是dth，相互距离在门限以内的小基站之间可以通过传输线通信以及能量交互，模型中设所有小基站共用同一信道，彼此间产生干扰，小基站的时隙长度为T；1.2)初始时每个小基站都各自形成一个联盟，联盟内只有该小基站一个成员，联盟结构为{CS}0＝{S1,S2,S3,...,SN}，小基站i将上个时隙采集到的能量Ei作为该时隙能使用的能量，能量在整个时隙上均匀使用，计算出小基站功率为Pi＝Ei/T，根据采集到的信道信息，带入公式

【技术特征摘要】
1.一种基于联盟博弈的能量采集小基站资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：1)联盟结构初始化1.1)定义模型中小基站集合为{SC}＝{1,2,...,N}，小基站用户集合为{SUE1,SUE2,...,SUEN}，小基站传输线设立的范围距离门限是dth，相互距离在门限以内的小基站之间可以通过传输线通信以及能量交互，模型中设所有小基站共用同一信道，彼此间产生干扰，小基站的时隙长度为T；1.2)初始时每个小基站都各自形成一个联盟，联盟内只有该小基站一个成员，联盟结构为{CS}0＝{S1,S2,S3,...,SN}，小基站i将上个时隙采集到的能量Ei作为该时隙能使用的能量，能量在整个时隙上均匀使用，计算出小基站功率为Pi＝Ei/T，根据采集到的信道信息，带入公式和可以得到小基站i的频谱效率其中，Sk为小基站SBSi所属的联盟，Pi为小基站SBSi的发射功率，Gi,i为小基站SBSi到其所服务的用户SUEi的信道增益，为与小基站SBSi不同联盟的小基站SBSj对用户SUEi产生的同信道干扰，No为噪声功率谱密度，B代表的是信道的带宽，因此No*B为噪声功率，小基站在联盟Sk中分得的传输时间为在这里小基站i占用全部传输时间，因此1.3)联盟结构初始化完成；2)联盟博弈算法调整联盟结构2.1)初始联盟结构{CS}0＝{S1,S2,S3,...,SN}，能量采共享策略时间共享策略为{ΓCS}0＝{Γcs1,Γcs2,...,ΓcsN}＝{{T},{T},...,{T}}，根据公式：v(Sk,CS,ΓCS,ECS)＝xi(Sk,CS,ΓCS,ECS)分别计算初始联盟的小基站个人效用各联盟效用以及该联盟结构总效用同时初始化历史选择集合{Hi(t)}i∈N，记录用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学婷，朱琦，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32